自然和强制对流换热

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1、7.6自然对流换热计算7.7强制对流换热计算7.6自然对流换热主要内容自然对流换热概念自然对流换热边界层自然对流换热分类大空间自然对流换热计算的实验准数方程21自然对流换热概念流体中，由密度差引起的对流流动叫自然对流。自然对流的流体掠过固体壁面时，与固体壁面间的换热现象称为自然对流换热。工程中常见这种流动，如：炉壁的散热；热力管道的散热；钢包和铸模内的钢液与壁面间的传热等。3热的竖壁如图：在壁的下部，自然对流刚开始形成，流动是有规则的层流，在壁的上部，流动转变为紊流。对于竖壁而言，只要壁面足够高，流体的流动都将转变为湍流。现已查明，当流动进入旺盛紊流时，局部换热系数是一常数。

2、2自然对流换热边界层A处的条纹整齐，为层流。B处条纹已部分紊乱，说明流动开始向湍流转变。4自然对流可分为大空间自然对流换热和有限空间的自然对流换热两类。表面的热边界层不受影响的空间叫大空间自然对流换热。3自然对流换热分类大空间时时，图中5自然对流换热的工程现象浇注后的铸型和铸件热力设备管路外壁在大气中的换热建筑墙壁建筑玻璃6工程中常用的准数方程为：Num=C(Gr·Pr)mn式中下标m表示以平均温度作为定性温度。C、n为实验常数（p132表7.1）。C、n值的影响因素包括：换热面的形状和位置；边界条件；流态。4大空间自然对流换热计算的实验准数方程请注意：关于特征温度和定型尺寸

3、的问题。7实验确定的几种情况下的C及n值空气Num=C(GrPr)nm8大空间自然对流换热例题试求悬挂在大厂房中的3m高的热竖直钢板的自然对流换热系数。已知钢板表面壁温为170℃，厂房内温度为10℃。9对流换热系数[W/(m2K)]的大致量级：空气自然对流：3——10空气强制对流：20——100水自然对流：200——1000水强制对流：1000——15000水沸腾：2500——25000高压水蒸气强制对流：500——3500液态金属强制对流：3000——110000107.7强制对流换热计算主要内容强制对流换热概念外掠平板外掠圆柱或圆管绕流球体管内湍流时的对流换热管内层流时的

4、对流换热管内过渡区时的对流换热计算111强制对流换热概念当参与换热的流体受动力或压头的驱动时，其与固体壁面之间的换热称为强制对流换热。强制对流换热现象在工程中较为多见：管式换热器热力输送管路122外掠平板平板临界雷诺数平板局部雷诺数层流区Re<5×105，准则方程为湍流区5×105

5、边界层分离、和后半部分的湍流形态。15绕流脱体现象前半部分压强递降后半部分压强回升边界层内的动量因克服这种压力回升而消耗，从而出现边界层分离情形分离后出现回流、或涡流。（形成压差阻力）脱体起点位置取决于Re的大小。163外掠圆柱或圆管空气（亦适合于烟气和其他双原子气体）横掠圆管时的准数方程为式中：c、n随Re的大小而确定。边界层平均温度为Tm；特征尺寸取圆柱外径d；Re中的流速取流体的主流速度。液体横掠圆管时的准数方程为173外掠圆柱或圆管当冲击角不为90°时，换热强度就会降低，此时应当对换热系数进行修正。引入一个小于1的实验系数，即冲击角修正系数曲线184绕流球体绕流球体时

6、，边界层的发展和分离与绕流圆柱相似。流体与球面间的换热系数计算可按下列准数方程确定：适用范围为：17

7、f)3=0(Tw-Tf)2>(Tw-Tf)1>0205管内湍流时的对流换热关于修正：大温差的修正入口段修正（当L/d＜60时）弯曲管道的修正层流时的计算215管内湍流时的对流换热温差较大时，流体的物性将有较大的改变，可从其粘性力的变化来考虑，即对于气体被加热或液体被冷却其粘度增加，边界层厚度增加。反之则反。此时的准数方程为：大温差的修正特征尺寸为管路内径。225管内湍流时的对流换热入口段修正当L/d＜60时，由于入口效应须加以修正，即将h乘以修正系数L，其值大于1：235管内湍流时的对流换热L/d1.